Файл: Морозов, В. А. Регулярные методы решения некорректно поставленных задач-1.pdf

боты бетона растянутой зоны) была хотя бы на 20% больше проч­ ности чисто бетонного сечения (без учета растянутой арматуры). Это условие следует проверять расчетом.

Необходимо также обеспечить надежную анкеровку арматуры, усилить места резких изменений сечений и участки передачи боль­ ших сосредоточенных нагрузок постановкой дополнительной арма­ туры.

По экспериментальным данным, в условиях динамического на­ гружения несколько понижена несущая способность косых сечений изгибаемых элементов по сравнению со статической, что требует усиления поперечной арматуры [36].

Указанные рекомендации ставят целью заведомо обеспечить разрушение сечений по арматуре и иметь повышенные запасы по бетону.

Нужно отметить, что эти рекомендации не регламентирова­ ны нормами проектирования дорожных сооружений и формально для них не обязательны. Однако по существу целесообразно во всех случаях пользоваться ими.

Эффективность применения железобетонных конструкций в сейсмостойких дорожных сооружениях может быть повышена пу­ тем снижения их веса за счет использования легких заполнителей. Более подробно этот вопрос рассмотрен в § V.3.

Вопрос применения предварительно напряженного железобето­ на в сейсмостойком строительстве в течение ряда лет был предме­ том дискуссии, которая полностью не закончена и по сей день. Высказывались опасения, что процесс исчерпания трещиностойкоюти предварительно напряженных сечений носит хрупкий характер и в динамических условиях это может привести к хрупкому разру­ шению элемента.

Неблагоприятную роль играет относительно малое рассеяние энергии в предварительно напряженных конструкциях, выявленное, в частности, цри испытаниях балочных мостов [124]. Это обстоятель­ ство, обусловленное отсутствием трещин, может привести к некото­ рому увеличению динамического эффекта сейсмического воздей­ ствия.

Опыт землетрясений не подтверждает этих опасений. Если ис­ ключить сооружения с заведомыми проектными или производствен­ ными дефектами, трудно указать пример, где сейсмические повреж­ дения были бы вызваны специфическими свойствами предваритель­ но напряженных конструкций. В частности, хорошо выдержали землетрясение в Ниигате (Япония, 1964 г.) предварительно напря­ женные мосты (см. § 1.6). К благоприятным выводам приводят также результаты ряда экспериментальных и теоретических иссле­ дований. Поэтому наши нормы допускают применение предвари­ тельно напряженных конструкций в сейсмических районах при условии соответствующей анкеровки и обеспечении сцепления ар­ матуры с бетоном [132].

Нормами требуется также, чтобы расчетное предельное усилие сечений предварительно напряженных элементов превышало тре­

115

щинообразующее усилие не менее, чем на 20%'. Это условие встре­ чает ряд возражений [37].

Приведенные выше рекомендации касаются тех конструктивных элементов, для которых сейсмические усилия играют решающую роль.

§ IV.6. НОРМИРОВАНИЕ СЕЙСМОСТОЙКОГО ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

В большинстве сейсмических стран мира строительство в сейс­ мических районах регулируется специальными общегосударствен­ ными, территориальными или ведомственными нормативными до­ кументами [65, 181]. Они в той или иной мере затрагивают объекты дорожного хозяйства.

Среди зарубежных стран развернутые указания по проектирова­ нию мостов с учетом сейсмических воздействий содержат только японские нормы. В ряде нормативных документов по проектирова­ нию железнодорожных и автодорожных мостов даются указания по определению сейсмических нагрузок, вычислению сейсмических усилий, порядку проверки сечений с учетом сейсмических сил [180]. В нормах других зарубежных стран вопросы сейсмостойкости до­ рожных сооружений освещены в очень малой степени; как правило, даются указания только по определению сейсмических нагрузок, которые для мостов и других инженерных сооружений несколько увеличены по сравнению с нагрузками для зданий [65].

В сейсмостойком строительстве нашей страны дорожным объек­ там всегда уделялось необходимое внимание (см. § 1.4). Уже в первых ведомственных нормативных документах по сейсмостой­ кому строительству содержались общие указания по проектирова­ нию дорог и мостов (нормы Турксиба, Закавказского института сооружений — ЗИС [147]). Во Всесоюзной инструкции Народного комиссариата строительства СССР, утвержденной в 1939 г., были приведены систематизированные рекомендации по проектированию дорожных сооружений в сейсмических районах [52].

Из последующего нормативного документа, утвержденного в 1948 г. [146], раздел о дорожных сооружениях был изъят. Всесоюз­ ное совещание по сейсмостойкому строительству, проведенное в 1948 г. в Ереване, признало необходимым вновь включить этот раздел в подготавливаемый в то время новый нормативный доку­ мент. Проект текста раздела был составлен в Тбилисском институте инженеров железнодорожного транспорта имени В. И. Ленина под руководством акад. К. С. Завриева (при участии автора) и после редактирования в Союзтранспроекте включен в состав Положения по строительству в сейсмических районах, утвержденного в 1951 г. {104].

В период 1954— 1957 гг. в СССР был разработан новый динами­ ческий (спектральный) метод расчета зданий и сооружений на сейс­ мические воздействия, вошедший в нормы в 1957 г. [99]. Однако к этому времени теория сейсмических колебаний мостов не была

116

Г л а в а

V

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВ, ТОННЕЛЕЙ, ТРУБ И ПОДПОРНЫХ СТЕН

§ V .I. ВЫБОР СИСТЕМЫ, МАТЕРИАЛА И ОБЩЕЙ СХЕМЫ МОСТОВ

Опыт последствий разрушительных землетрясении (см. гл. I) не накладывает каких-либо ограничений на выбор системы моста для сейсмических районов. При надлежащем проектировании и в соот­ ветствующих грунтовых условиях мосты всех систем могут быть осуществлены с примерно равной гарантией безопасности. Практи­ ка сейсмостойкого строительства показывает, что в сейсмических районах фактически находят применение почти все известные сис­ темы мостов. В Японии в районах высокой сейсмической активнос­ ти широко применяются балочные, рамные, а также висячие мосты [180, 194]. Висячие мосты больших пролетов осуществлены в сейс­ мических районах США. В частности, нужно отметить, что извест­ ный висячий мост «Золотые Ворота» в Сан-Франциско с рекордным пролетом 1287 м запроектирован с учетом сейсмического воздейст­ вия силой 9 баллов. В сейсмическом районе США построен ароч­ ный железобетонный мост пролетом 158 м [207]. Аналогичная кар­ тина во Франции, Италии и ряде других зарубежных стран.

В сейсмостойком строительстве нашей страны также использу­ ются все системы мостов, характерные для несейсмических районов. Наши нормы не содержат запретных ограничений в этой части.

Таким образом, выбор системы моста в сейсмических районах в основном обусловлен общестроительными технико-экономически­ ми и производственными требованиями (с учетом местных условий проектирования). Однако соображения по сейсмостойкости играют известную корректирующую (а в некоторых случаях и решающую) роль при сопоставлении конкурирующих вариантов. В отношении выбора системы моста эти соображения сводятся к следующему.

Для сейсмических районов наиболее целесообразны мосты ба­ лочной системы. Наряду с общестроительными достоинствами они гимеют такие преимущества, как простота схемы, четкость условий

.работы под сейсмическими нагрузками, возможность обеспечения сейсмостойкости простыми средствами. Эти соображения обуслов­ ливают преимущественное применение балочных мостов в сейсми­ ческих районах, в частности в нашей стране.

118

Среди балочных предпочтение следует отдавать разрезным мос­ там. Им в наибольшей мере свойственны указанные выше преиму­ щества балочной системы. Рекомендуется также применение нераз­ резных балочных мостов. В отношении условий сейсмостойкости

•они даже предпочтительнее разрезных, что подтверждается данны­ ми о последствиях землетрясений. Приведенные в гл. II материалы показывают, что сейсмические повреждения неразрезных мостов по объему и характеру не выходят за рамки обычных повреждений балочных мостов и приводят к менее тяжелым последствиям, чем в случае разрезных мостов (отсутствие случаев падения пролетных строений с опор). Это обстоятельство нашло отражение в практике строительства. В настоящее время в сейсмических районах нашей страны возводится несколько больших неразрезных железобетон­ ных балочных мостов с предварительно напряженными пролетными строениями пролетом до 84 м *.

Наиболее целесообразно применение неразрезных балочных мостов при заложении фундаментов опор на коренных породах. В таких случаях их можно применять без каких-либо ограничений. При слабых грунтах отсутствие осадок опор неразрезного моста при действии статических нагрузок может быть достигнуто устрой­ ством свайного основания. Однако в условиях высокой сейсмичнос­ ти возможны значительные осадки свайных оснований (на висячих сваях), взаимные смещения опор вследствие остаточных деформа­ ций в грунтах (см. гл. I). Поэтому при расчетной сейсмичности 5 баллов следует избегать применения иеразрезных балочных мос­ тов с фундаментами опор на нескальных грунтах.

В шарнирно-консольных балочных мостах при сейсмическом воздействии возможны несинхронные колебания подвесного проле­ та и консолей; уязвимым местом являются шарниры и узлы их опнрання. Поэтому в сейсмическом отношении шарнирно-консольные мосты менее выгодны, чем разрезные или неразрезные. Отечествен­ ные нормы не допускают их применение при расчетной сейсмичнос­ ти 9 баллов [132].

Мосты рамных систем, обладая положительными свойствами балочных систем, имеют дополнительные преимущества в смысле монолитности и однородности конструкции. При соответствующих основаниях рекомендуется применять рамные мосты и путепроводы малых и средних пролетов. Широко распространены они в японской практике [180, 194]. В отношении рамно-консольных мостов спра­ ведливы соображения, приведенные выше о шарнирно-консольных балочных мостах. Дополнительным недостатком здесь является возможность развития поворотных колебаний консольных частей пролетных строений в горизонтальной плоскости, сопровождающих­ ся кручением опор.

Мосты с ездой понизу с арочными или комбинированными про-

.летнымн строениями безраспорной системы по условиям сейсмос­

* Пример расчета одного из таких мостов на сейсмические воздействия при­ веден в гл. VIII.

119

тойкости могут быть приравнены к балочным мостам. Применение арочных мостов распорных систем ограничивается известными тре­ бованиями в отношении грунтов основания. Здесь надо иметь в виду соображения, высказанные выше в отношении неразрезных балоч­ ных мостов. Необходимо отметить еще одно обстоятельство. Ароч­ ные мосты (двухшарнирные и бесшарннрные) наиболее чувстви­ тельны к взаимным смещениям опор вследствие несинхронности колебаний грунта под отдельными опорами (см. гл. II). В настоя­ щее время ввиду отсутствия необходимых исходных данных нет возможности достоверно оценить в расчете вызванные этим факто­ ром дополнительные усилия. Поэтому миогопролетные арочные мосты значительной длины в районах высокой сейсмичности (8— 9 баллов) следует применять с осторожностью.

Применение висячих и вантовых мостов возможно при условии обеспечения незыблемости опор.

В качестве материала для мостов капитального типа в сейсми­ ческих районах, в первую очередь, нужно рекомендовать железо­ бетон. Такая рекомендация основана как на общестроительных требованиях, так и на положительных динамических свойствах этого материала, отмеченных в предыдущей главе. В соответствую­ щих случаях, указанных ниже, целесообразно применять металли­ ческие мосты. В предусмотренных нормами случаях возможны де­ ревянные мосты [135]. Не рекомендуются каменные и бетонные мосты ввиду изложенных в гл. IV соображений.

При установлении целесообразной области применения железо­ бетонных и стальных мостов в сейсмических районах нужно иметь в виду следующее. При расчетной сейсмичности 7 баллов сейсми­ ческие силы от веса пролетных строений того же порядка, что и силы торможения и ветра. Учет сейсмических усилий практически, не отражается на размерах опор. Поэтому при 7-балльной расчет­ ной сейсмичности применение железобетонных мостов целесообраз­ но во всех случаях — при любых пролетах и высотах опор (за ис­ ключением особых случаев, обусловленных общестроительпымн соображениями). Проектная практика показывает, что мосты ма­ лых и средних пролетов при расчетной сейсмичности 8—9 баллов так же, как правило, целесообразно осуществлять железобетонны­ ми. Однако сейсмические силы возрастают вдвое при увеличении сейсмичности на 1 балл. При 9 баллах сейсмические силы от веса железобетонных пролетных строений весьма значительны и сущест­ венно утяжеляют опоры, особенно при большой их высоте и небла­ гоприятных грунтовых условиях. Это может полностью нейтрали­ зовать преимущества железобетонных пролетных строений. В практике проектирования отмечены случаи, когда применение их в мостах с расчетной сейсмичностью 9 баллов приводило к непри­ емлемым размерам фундаментов опор. Эти соображения подтверж­ даются данными из японской практики [191].

Таким образом, при расчетной сейсмичности 9 баллов (а в неко­ торых случаях и 8 баллов) в мостах больших пролетов (свыше 40—50 м) могут оказаться более целесообразными стальные или

120